出铝台包压缩空气出口阀

1、 出铝台包压缩空气出口阀王愚（贵阳铝镁设计研究院）摘 要：介绍了电解车间出铝台包的工作情况，提出出铝台包压缩空气出口阀的两个方案，用于减少出铝时抽进台包的电解质，延长台包的运行。关键词：电解车间；出铝台包铝厂电解车间用出铝台包把电解槽内的铝液抽到台包里，运到铸造车间铸成铝锭。一般，每台电解槽每天出铝一次。出铝台包是圆柱形容器，外壳是厚钢板，内壁是耐火材料内衬，铝液容积有从3吨到10吨不等。见图1。图1 出铝台包 1台包，2吸铝管，3台包盖，4引射器，5压缩空气进口，6压缩空气出口，7电解槽，8铝液，9电解质液出铝时，吸铝管2插进电解槽槽膛铝液内，开启压缩空气管阀门，0.8Mpa的压缩空气从进口

2、5进入引射器4，在引射器的三通处形成负压，将台包内的空气抽出台包，使台包内的压力持续降低，铝液从电解槽内向上进入吸铝管，抽入台包。电解槽在生产时，槽膛内约960°C，由于比重的差别，下层是20cm厚的铝液，上层是20cm厚的熔融电解质。当出铝台包的吸铝管插进电解槽槽膛时，先进入上层的电解质液，不可避免的会有20cm厚的液体电解质进入吸铝管，然后被抽进台包。电解质的主要成分是冰晶石，化学成分Na3AlF6，熔点约930°C，低于此温度，电解质冰晶石就凝固成坚硬的白色岩石，凝固后的固体电解质比重比铝重，会沉积在台包底部和侧部。当台包运至铸造车间时，台包温度低于电解质的凝固温度，

3、电解质在台包内壁凝固，不会随铝液倒出台包。吸铝管每插入一台电解槽，都会带进一点电解质，电解质在台包的内壁越积越多。现在，每个台包出铝100150次后，就得进行清包作业，冷却台包，打开台包盖，工人进入台包，用凿岩机将台包内积存的坚硬的电解质凿碎，取出。台包的清包作业，噪音大，粉尘多，非常辛苦。出铝时吸入电解质使台包的使用周期短，铝厂必须准备更多台包来满足周转的需要。1 方案1，挡板阀在出铝台包的压缩空气出口处，安装一个挡板。挡板如图2所示。出口挡板8用钢板制作，通过轴套固定在轴9上，可以绕轴9转动，如图3所示。轴9固定在压缩空气出口钢管7上。一个弹簧10套在轴9上，给挡板8施加一个压在出口钢管上

4、的压力。出铝时，吸铝管2插进电解槽槽膛铝液内，开启压缩空气管阀门，压缩空气从进口5进入引射器4。由于出口挡板8的阻挡，压缩空气使台包内形成正压，这个正压只有两个出口，一个是压缩空气出口管6，即推动出口挡板打开；另一个出口是吸铝管2，从吸铝管2溢出。从吸铝管2溢出的空气就把进入吸铝管的铝液和电解质液推出吸铝管。随着出口挡板8被压缩空气推开，引射器4正常工作，从台包内抽气，即进入正常的吸铝过程。调整出口挡板8的厚度，重量，以及弹簧10的压力，使压缩空气推开挡板的同时，刚好把吸铝管2内的电解质液推出。然后，就开始抽铝。这时抽进台包的就只有铝液了。使用压缩空气出口挡板，意图避免在出铝时吸入电解质。图2

5、 出铝台包压缩空气出口挡板4引射器，5压缩空气进口，7压缩空气出口钢管，8出口挡板，9轴，10弹簧图3出铝台包压缩空气出口挡板动作示意2方案2，锥管阀让出铝台包引射器4的压缩空气出口管朝上，在出铝台包的压缩空气管的出口处，安装一个台包锥管阀。图4出铝台包锥管阀1台包2吸铝管，3台包盖，4引射器，5压缩空气进口，7台包锥管阀图5 台包锥管阀台包锥管阀由外锥管和内锥管构成，原理类似转子流量计。出铝前，内锥管靠自重压在外锥管底部，堵住压缩空气出口。先连接好压缩空气管，这时，台包内与外部大气只有图2中的吸铝管2一个通道。开启压缩空气管阀门，压缩空气从进口5进入引射器4。在压缩空气推开内锥管的期间，使台

6、包内形成正压，可以从吸铝管2向下压出气体，并带出铝液和电解质液。当压缩空气通过锥管阀的流速升高，引射器4产生负压，从台包内抽气，吸铝管2开始吸进铝液时，就只有铝液，没有电解质液了。出铝时，压缩空气将内锥管吹离管口，悬空；压缩空气绕过内锥管，向上排出。外锥管管口设钢筋网挡住内锥管，避免它被吹出来。当出铝结束时，工人关闭压缩空气供气管的球阀，没有压缩空气，内锥管靠自重落下，压在压缩空气出口管上，堵住出口，为下次出铝做好准备。4 电解质能否进入吸铝管的计算台包的压缩空气出口安装了上述出口阀后，出铝时，先将压缩空气管连接好，压缩空气管就是密封的了。吸铝管2插进电解槽槽膛上层的电解质液内，插进的瞬间，台

7、包与大气的通道堵死，台包内与外部大气隔绝。不开压缩空气，吸铝管插入电解质液，由于包内气体的堵塞，电解质液会不会进入吸铝管呢？平口玻璃瓶向下插入水面，水不会进入玻璃瓶。台包空间大，电解质液能否进入吸铝管，可以计算。先计算一个便于实验的例子。设一个一端封口的玻璃管，直径5cm，长度20cm，垂直插入水面10cm后，水会进入玻璃管口几cm？见图4。图6 玻璃管插入水中以玻璃管内的空气为计算对象。当玻璃管口刚到水面时，管内的空气被封闭，此为第一状态，空气的体积V1=×2.52×20 cm3 。 空气的绝对压力为一个大气压，用水柱高度表示，P1 = 10 米=1000cm。玻璃管插入

8、10cm后为第二个状态，空气被压缩，设水面进入管口h cm。V2 =×2.52×（20h ）cm3 , P2 = P1 + 10h = 1010 h 根据波义耳定律，PV=常数，即P1V1 = P2 V21000 ××2.52×20 = (1010 h) ×（×2.52×（20h ）等号两边同时除以×2.52，得到20000 = (1010 h)（20h ）计算式与×2.52无关，说明h的数值与是否圆管无关，与管的截面积也无关。上式整理得 h2 1030 h + 200 = 0解方程得 h =

9、0.194 cm 2 mm。现在假设这根玻璃管的上端连接了一个1立方米的封闭空间，设玻璃管的截面为100cm2,近似台包的吸铝管，仍然插入水面10cm，水会进入玻璃管多少cm?此时，V1 = 1 m3 = 1000000 cm3P1 = 1000 cm水柱V2 = 1000000100hP2 = P1 +10h = 1010h带入P1V1 = P2 V2得1000×1000000 = (1010h)（1000000100h）等号两边同时除以100，得10000000 = (1010h)（10000h）整理得h2 11010h+ 100000 = 0解方程得 h = 9.09 cm插入水面10cm，水会进入9cm，说明由于台包容积大，包内的空气不能阻止电解质进入吸铝管。上述两个台包出口阀，必须有适当的阻力，使压缩空气在推开出口阀之前，使台包内有大约35cm铝液柱=80cm水柱的压力，把吸铝管内的电解质液推出吸铝管，然后再开始建立负压吸铝，才能避免在出铝时吸入电解质。如果有一种延时开启阀，延时时间可调，装在台包的压缩空气出口，应该也是可行的。2015年5月，在云南建水